一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法

本发明涉及多小区无线资源分配，特别是一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法。

背景技术：

1、目前无线资源分配主要集中于单时隙内的单调度策略，同时也默认基站拥有无线缓存热量。实际情况中，单时隙内很难完成用户的数据传输需求，资源分配需要考虑每个用户所需的传输的数据量的大小，多时隙场景下的用户的移动以及信道的变化。以数据下载为典型应用场景的无线资源分配需要考虑不同用户的数据下载量的需求，同时也要考虑不同时隙下用户位置的变化以及信道的变化。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，采用本发明方法，降低了计算复杂度，能够更快地完成所有用户的数据下载。

2、本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

3、根据本发明提出的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，首先针对多时隙数据下载场景下的通信系统建立总传输时隙数最小化模型，然后将该模型转化为多个单时隙下下行可达速率最大化模型，针对下行可达速率最大化模型，采用基站间完全协作的方式，即通过基站间交互的信息，得到用户的接入基站信息，进而迭代计算基站内子载波与功率的分配，完成一个时隙内所述下行可达速率最大化模型的求解，并求解下一个时隙的下行可达速率最大化模型，直至所有用户数据下载完成。

4、作为本发明所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法进一步优化方案，多时隙数据下载场景下的通信系统建立总传输时隙数最小化模型a1为：

5、

6、受限于:

7、

8、其中，x是t个时隙内n个基站的子载波分配向量，x＝(x(1),…x(l),…x(t))t，符号t代表向量的转置；x(l)是n个基站在第l个时隙内子载波分配向量，为第l个时隙内第n个基站的子载波分配向量，表示第l时隙下第n个基站的第k个子载波到第m个用户的接入指示变量，表示接入，否则t表示所有用户完成数据下载所用的最小时隙数，n是基站的总数量，是所有用户序号的集合，是第n个基站的子载波序号的集合，kn为第n个基站的子载波数量，m为总的用户数量，l为时隙编号，k为子载波编号，n为基站编号；p是t个时隙内n个基站的功率分配向量，p＝(p(1),…,p(l),…,p(t))t；p(l)是n个基站在第l个时隙内功率分配向量，是第n个基站在第l个时隙内的功率分配向量，为第l个时隙内第n个基站的第k个子载波分配到第m个用户的功率；为第l个时隙内第m个用户能否接入第n个基站的指示变量，若能接入则否则pn表示第n个基站的额定功率；v为每个时隙的持续时间；dm为第m个用户的总待下载数据量；r(m,l)为第m个用户在第l个时隙内获得的可达速率。

9、作为本发明所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法进一步优化方案，r(m,l)具体表示为：

10、

11、其中，bn表示第n个基站的子载波带宽，为第l个时隙内第n个基站的第k个子载波到第m个用户的信道增益，|·|为取模值，为用户接收到的白噪声的功率，n'为属于所有基站的集合且不为n的基站，表示为是信道增益。

12、作为本发明所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法进一步优化方案，对a1进行求解，具体步骤为：

13、步骤b-1：将模型a1转化为多个单时隙下下行可达速率最大化模型b1，所述下行可达速率最大化模型b1为：

14、

15、受限于:

16、

17、其中，p(l)是n个基站在第l个时隙内功率分配向量，为第l个时隙内第n个基站的第k个子载波分配到第m个用户的功率，z(m,l)表示第l个时隙之前、第m个用户已经完成的数据下载量；

18、步骤b-2：对于时隙l，求解所述模型b1中的x(l)以及p(l)，具体步骤为：

19、步骤b-2-1：时隙l来临时，第n个基站将接入的用户集合第m个用户到第n个基站的接入指示电平广播到其它基站；其中，表示只能接入第n个基站且未完成数据下载的用户集合；表示不仅能够接入第n个基站、还能够接入其它基站的未完成数据下载的用户序号的集合；

20、步骤b-2-2：根据广播的信息，计算用户的接入基站信息，具体步骤如下：

21、步骤b-2-2-1：将中的用户分配给第n个基站，即其中为选择接入第n个基站的用户集合，←表示赋值操作；

22、步骤b-2-2-2：对于中的计算其接入所有接入基站的压力度其中表示基站属于第m个用户接入的基站集合，其中，为：

23、

24、其中，表示第个基站所有子载波的总带宽，为第m个用户到第个基站的接入指示电平，α为可调参数，为第m个用户接入的基站集合，表示第个基站在时隙l的数据负载量，具体为：

25、

26、步骤b-2-2-3：第m个用户选择压力度最小的第个基站接入，即其中

27、

28、其中，为能使最小且属于的基站；

29、步骤b-2-2-4：更新第个基站的数据负载量，

30、步骤b-2-2-5：重复执行步骤b-2-2-2至步骤b-2-2-4，直至所有未完成数据下载的用户完成基站的接入；

31、步骤b-2-3：使用平均功率作为第l个时隙中每个基站的功率分配初始解即基站将广播至其它基站；

32、步骤b-2-4：第j次迭代中，将p(l)[j-1]代入模型b1，其中，p(l)[j-1]为n个基站在时隙l的第j-1次迭代的功率分配值，同时将代入模型b1，其中，为第n'个基站在时隙l的第j-1迭代的子载波分配向量，得到模型b2，具体有：

33、

34、受限于：

35、

36、其中，为表示第l时隙下第j次迭代的基站n的第k个子载波到第m个用户的接入指示变量；表示第l个时隙的第j-1次迭代后第n个基站的子载波k到第m个用户的功率分配值；

37、步骤b-2-5：使用基于竞争机制的子载波分配方法求解所述模型b2，得到第n个基站在时隙l的第j迭代的子载波分配向量

38、步骤b-2-6：在第j次迭代中，基站n将x(l)[j]代入模型b1，其中x(l)[j]为第l时隙下第j次迭代的n个基站到m个用户的接入指示变量，并将代入模型b1，其中为时隙l下第j-1次迭代的基站n'到m个用户的功率分配，得到模型b3，所述模型b3为：

39、

40、受限于:

41、

42、步骤b-2-7：使用凸近似的求解方案，求解模型b3，得到并向其它基站广播

43、步骤b-2-8：将第j次迭代中得到的p(l)[j]，以及x(l)[j]代入模型b1的目标函数，得到r(l)[j]，其中r(l)[j]为第j次迭代后的系统总下行速率，若r(l)[j-1]为第j-1次迭代后的系统总下行速率，则停止迭代，输出p(l)＝p(l)[j]，以及x(l)＝x(l)[j]；否则返回步骤b-2-4，进行下一轮迭代；其中为迭代停止判决门限，p(l)是n个基站在第l个时隙内功率分配向量；

44、步骤b-3：时隙l后，更新所有用户的剩余待传输数据量若所有用户完成数据传输，即d′m＝0,m＝1,2,…,m，输出所用时隙数t＝l；否则l←l+1，并返回步骤b-2，进入下一个时隙。

45、作为本发明所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法进一步优化方案，步骤b-2-5具体步骤如下：

46、步骤b-2-5-1：对于子载波k，初始化不能接入子载波k的用户集合为空集；

47、步骤b-2-5-2：在集合找到能使最大的用户其中为第l时隙下基站n的第k个子载波到第m个用户的下行可达速率：

48、

49、步骤b-2-5-3：如果则否则，

50、步骤b-2-5-4：如果不为空集，重复执行步骤b-2-5-2至步骤b-2-5-3；否则输出并向其它基站广播

51、作为本发明所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法进一步优化方案，步骤b-2-8中的所述迭代停止判决门限值为10-3。

52、作为本发明所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法进一步优化方案，步骤b-2-2-2中的所述可调参数值α为2.2。

53、本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

54、本发明方法首先针对多时隙数据下载场景下的通信系统建立总传输时隙数最小化模型，然后将所述模型转化为多个单时隙下下行可达速率最大化模型，针对所述下行可达速率最大化模型，采用基站间完全协作的方式，即通过基站间交互的信息，得到用户的接入基站信息，进而迭代计算基站内子载波与功率的分配，完成一个时隙内所述下行可达速率最大化模型的求解，并求解下一个时隙的下行可达速率最大化模型，直至所有用户数据下载完成。采用本发明方法，降低了计算复杂度，能够更快地完成所有用户的数据下载。

技术特征：

1.一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，其特征在于，首先针对多时隙数据下载场景下的通信系统建立总传输时隙数最小化模型，然后将该模型转化为多个单时隙下下行可达速率最大化模型，针对下行可达速率最大化模型，采用基站间完全协作的方式，即通过基站间交互的信息，得到用户的接入基站信息，进而迭代计算基站内子载波与功率的分配，完成一个时隙内所述下行可达速率最大化模型的求解，并求解下一个时隙的下行可达速率最大化模型，直至所有用户数据下载完成。

2.根据权利要求1所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，其特征在于，多时隙数据下载场景下的通信系统建立总传输时隙数最小化模型a1为：

3.根据权利要求2所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，其特征在于，r(m,l)具体表示为：

4.根据权利要求2所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，其特征在于，对a1进行求解，具体步骤为：

5.根据权利要求4所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，其特征在于，步骤b-2-5具体步骤如下：

6.根据权利要求4所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，其特征在于，步骤b-2-8中的所述迭代停止判决门限值为10-3。

7.根据权利要求4所述的一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，其特征在于，步骤b-2-2-2中的所述可调参数值α为2.2。

技术总结
本发明公开了一种多时隙数据下载场景下多小区分布式资源分配方法，涉及多小区无线资源分配技术领域，首先针对多时隙数据下载场景下的通信系统建立总传输时隙数最小化模型，然后将所述模型转化为多个单时隙下下行可达速率最大化模型，针对所述下行可达速率最大化模型，采用基站间完全协作的方式，即通过基站间交互的信息，得到用户的接入基站信息，进而迭代计算基站内子载波与功率的分配，完成一个时隙内所述下行可达速率最大化模型的求解，并求解下一个时隙的下行可达速率最大化模型，直至所有用户数据下载完成。采用本发明方法，降低了计算复杂度，能够更快地完成所有用户的数据下载。

技术研发人员：陈明,陶朝辉
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23